أعمال التكديس

تعتمد الأساسات التي تستخدم الركائز المدفوعة عادةً على مجموعات من الركائز المتصلة بغطاء للركائز (كتلة خرسانية كبيرة تُغرس فيها رؤوس الركائز) لتوزيع الأحمال التي تتجاوز قدرة تحمل ركيزة واحدة. ويتم عادةً ربط أغطية الركائز والركائز المنفردة بجسور أرضية لربط عناصر الأساس معًا؛ حيث تتحمل العناصر الإنشائية الأخف وزنًا الجسور الأرضية، بينما تتحمل العناصر الأثقل وزنًا غطاء الركائز مباشرةً.

تُعدّ أنظمة الأساسات الركائزية حلولاً أساسية عميقة تُستخدم لنقل أحمال المباني عبر التربة الضعيفة أو غير المستقرة إلى طبقات التربة أو الصخور الأقوى والأكثر استقرارًا في الأسفل. وتتضمن هذه الأنظمة غرس أو حفر عناصر طويلة تشبه الأعمدة، تُعرف بالركائز، في الأرض لدعم المنشآت أعلاها. وتُعدّ الأساسات الركائزية مثالية للمواقع ذات التربة الرخوة أو القابلة للانضغاط أو المتغيرة، حيث توفر القوة والاستقرار وتقليل الهبوط، مما يجعلها ضرورية للعديد من مشاريع البناء الحديثة. ^{[ 1 ]}

تعتمد الأساسات أحادية الركيزة على عنصر هيكلي واحد، ذو قطر كبير بشكل عام، لدعم جميع الأحمال (الوزن، الرياح، إلخ) لهيكل كبير فوق سطح الأرض.

استُخدم عدد كبير من قواعد الركائز الأحادية ^{[ 2 ]} في السنوات الأخيرة لإنشاء مزارع رياح بحرية ثابتة القاع في مواقع تحت سطح البحر ذات مياه ضحلة، وذلك بطريقة اقتصادية. ^{[ 3 ]} فعلى سبيل المثال، تستخدم مزرعة رياح هورنز ريف في بحر الشمال غرب الدنمارك 80 ركيزة أحادية كبيرة بقطر 4 أمتار مغمورة على عمق 25 مترًا في قاع البحر، ^{[ 4 ]} بينما دخلت مزرعة رياح لين وإنر داوسينغ قبالة سواحل إنجلترا حيز التشغيل في عام 2008 بأكثر من 100 توربين، كل منها مثبت على قاعدة ركيزة أحادية بقطر 4.7 متر في أعماق محيطية تصل إلى 18 مترًا. ^{[ 5 ]}

تتضمن عملية الإنشاء النموذجية لأساسات توربينات الرياح أحادية الركيزة تحت سطح البحر في الرمال غرس ركيزة فولاذية مجوفة كبيرة،  قطرها حوالي 4 أمتار وسمك جدرانها حوالي 50 ملم، على عمق حوالي 25  مترًا في قاع البحر، عبر  طبقة من الحجارة والحصى الخشنة بسمك 0.5 متر لتقليل التآكل حول الركيزة. يتم تركيب قطعة انتقالية (مزودة بميزات مثبتة مسبقًا مثل ترتيبات رسو القوارب، والحماية الكاثودية ، وقنوات الكابلات البحرية، وشفة برج التوربين، وما إلى ذلك) على الركيزة المغروسة، ويتم إزالة الرمل والماء من مركز الركيزة واستبدالهما بالخرسانة . تُضاف طبقة إضافية من الحجارة الأكبر حجمًا، يصل  قطرها إلى 0.5 متر، إلى سطح قاع البحر لتوفير حماية طويلة الأمد من التآكل. ^{[ 3 ]}

تتميز الركائز ذات القاعدة المتوسعة بقواعد مُشكّلة ميكانيكيًا يصل  قطرها إلى 6 أمتار. ويكون شكلها مخروطًا مقلوبًا، ولا يمكن تشكيلها إلا في التربة أو الصخور المستقرة. ويتيح قطر القاعدة الأكبر قدرة تحمل أعلى من الركائز ذات العمود المستقيم.

تُناسب هذه الركائز التربة المتمددة التي غالباً ما تتعرض لتغيرات موسمية في الرطوبة، أو الطبقات الرخوة أو اللينة. كما تُستخدم في ظروف التربة العادية حيث يكون الجدوى الاقتصادية مُجدية. ^{[ 6 ]}

تُستخدم أساسات الركائز المتوسعة للأنواع التالية من التربة:

• التربة الطينية السوداء. يتمدد هذا النوع من التربة عند ملامسته للماء وينكمش عند إزالته، مما يؤدي إلى ظهور تشققات في المباني المقامة عليه. ولتجنب هذه المشكلة، يُستخدم أساس خرساني مُوسّع.
• قدرة تحمل منخفضة، تربة قديمة (تربة مملوءة)
• التربة الرملية عندما يكون منسوب المياه الجوفية مرتفعاً.
• حيث تظهر قوى الرفع عند قاعدة الأساس.

تُصنع الركائز المصبوبة بالحفر اللولبي، والمعروفة أيضًا باسم ركائز الحفر اللولبي المستمر، عن طريق حفر الأرض باستخدام مثقاب لولبي مجوف ذي ساق مجوفة حتى الوصول إلى العمق أو درجة المقاومة المطلوبة. ولا يتطلب هذا النوع من الحفر غلافًا خارجيًا. ثم يُضخ خليط من الأسمنت السائل عبر ساق المثقاب. وأثناء ضخ الأسمنت، يُسحب المثقاب ببطء، ناقلًا التربة إلى أعلى على طول الشفرات. ويتشكل عمود من الأسمنت السائل حتى مستوى سطح الأرض. ويمكن تركيب حديد التسليح. وتتيح الابتكارات الحديثة، بالإضافة إلى مراقبة الجودة الصارمة، إمكانية وضع أقفاص التسليح على طول الركيزة بالكامل عند الحاجة.

تُسبب الركائز المصبوبة بالحفر اللولبي الحد الأدنى من الإزعاج، وغالبًا ما تُستخدم في المواقع الحساسة للضوضاء والبيئة. لا تُناسب هذه الركائز عمومًا التربة الملوثة نظرًا لتكاليف التخلص الباهظة من النفايات. في مثل هذه الحالات، قد تُوفر الركائز الإزاحية (مثل ركائز أوليفييه ) كفاءة التكلفة التي تُضاهي الركائز المصبوبة بالحفر اللولبي مع الحد الأدنى من التأثير البيئي. أما في التربة التي تحتوي على عوائق أو حصى وصخور كبيرة، فإن الركائز المصبوبة بالحفر اللولبي أقل ملاءمة، إذ قد تُواجه مقاومة عند تجاوز ارتفاع رأس الركيزة المُصمم.

يمكن أيضًا استخدام حفارات الركائز اللولبية المقطعية الصغيرة لإنشاء أساسات الركائز. تُنتج هذه الحفارات نفس نوع الركائز التي تُنتجها حفارات الركائز اللولبية المستمرة، ولكن باستخدام معدات أصغر حجمًا وأخف وزنًا. تتميز هذه الطريقة بالسرعة والفعالية من حيث التكلفة وملاءمتها لمعظم أنواع التربة. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

في أساسات الركائز المحفورة، يمكن ربط الركائز بعوارض أرضية يرتكز عليها الهيكل، وأحيانًا تتحمل الركائز أحمالًا ثقيلة من الأعمدة مباشرةً. في بعض المباني السكنية، تمتد الركائز فوق مستوى سطح الأرض، وتُستخدم عوارض خشبية تستند على الركائز لدعم الهيكل. ينتج عن هذا النوع من الأساسات مساحة زحف أسفل المبنى يمكن فيها مدّ الأسلاك الكهربائية وقنوات التهوية أثناء البناء أو التجديد. ^{[ 8 ]}

في تقنية دقّ الركائز النفاثة، يُستخدم الماء عالي الضغط لتثبيت الركائز. ^{[ 9 ]} يعمل الماء عالي الضغط على اختراق التربة بتدفق نفاث قوي، مما يسمح بتركيب الركيزة. ^{[ 10 ]} من مزايا هذه التقنية: أن نفاث الماء يُزيّت الركيزة ويُليّن التربة. ^{[ 11 ]} تُستخدم هذه الطريقة في النرويج. ^{[ 12 ]}

الركائز الدقيقة هي عناصر ذات قطر صغير، عادةً أقل من 300 مم، تُحفر وتُحقن في مكانها. تستمد هذه الركائز قدرتها على التحمل من الاحتكاك الجانبي على طول جوانبها، ولكن يمكن استخدامها أيضًا كدعامات طرفية في الصخور الصلبة. تُعزز الركائز الدقيقة عادةً بشكل كبير بالفولاذ الذي يشكل أكثر من 40% من مقطعها العرضي. يمكن استخدامها كدعامات إنشائية مباشرة أو كعناصر لتقوية التربة. نظرًا لتكلفتها العالية نسبيًا ونوع المعدات المستخدمة في تركيبها، تُستخدم غالبًا في المناطق ذات القيود على الوصول أو ظروف التربة الصعبة للغاية (مثل الحصى والصخور الكبيرة، ومخلفات البناء، والتربة الكارستية، والظروف البيئية الحساسة) أو لتحديث المنشآت القائمة. في بعض الأحيان، تُستخدم في التربة الصعبة كعناصر أساسية للإنشاءات الجديدة. تشمل التطبيقات النموذجية تدعيم الأساسات ، والجسور ، وأبراج نقل الطاقة ، ومشاريع تثبيت المنحدرات . ^{[ 7 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

يُعد استخدام منصة ثلاثية القوائم لتركيب الركائز من الطرق التقليدية لتأسيسها. ورغم أن تكلفة الوحدة أعلى عمومًا من معظم طرق التأسيس الأخرى، إلا أنها تتمتع بمزايا عديدة ضمنت استمرار استخدامها حتى يومنا هذا. فنظام المنصة الثلاثية سهل النقل إلى موقع العمل وغير مكلف، مما يجعله مثاليًا للمشاريع التي تتطلب عددًا قليلًا من الركائز.

تُعدّ الألواح الفولاذية نوعًا من أنواع الركائز المدفوعة، حيث تُستخدم فيها ألواح فولاذية رقيقة متشابكة لتكوين حاجز متصل في الأرض. ويُستخدم هذا النوع من الألواح بشكل أساسي في الجدران الاستنادية والسدود المؤقتة التي تُقام لتمكين استكمال الأعمال الدائمة. وعادةً ما تُستخدم المطرقة الاهتزازية والرافعة ذات الذراع على شكل حرف T والحفر الزاحف لإنشاء الألواح الفولاذية.

تُبنى الركائز الفولاذية، المعروفة أيضاً بالركائز الرئيسية أو جدران برلين، من قطاعات فولاذية على شكل حرف H متباعدة بمسافة تتراوح بين 2 و3  أمتار، ويتم دقها أو حفرها قبل بدء أعمال الحفر. ومع تقدم أعمال الحفر، يتم إدخال ألواح خشبية أفقية (ألواح عازلة) خلف حواف الركائز على شكل حرف H.

تتركز ضغوط التربة الأفقية على الركائز الأساسية نظرًا لصلابتها النسبية مقارنةً بالطبقة العازلة. ويتم تقليل حركة التربة وهبوطها إلى أدنى حد من خلال تركيب الطبقة العازلة فور الانتهاء من الحفر لتجنب فقدان التربة. ويمكن بناء الطبقة العازلة باستخدام الأخشاب أو الخرسانة مسبقة الصب أو الخرسانة المرشوشة أو الصفائح الفولاذية، وذلك حسب المسافة بين الركائز الأساسية ونوع التربة.

تعتبر ركائز الجنود هي الأنسب في الظروف التي لا تؤدي فيها الجدران المبنية جيدًا إلى الهبوط مثل الطين المتماسك للغاية، والتربة فوق مستوى المياه الجوفية إذا كانت تتمتع ببعض التماسك، والتربة جيدة التصريف التي يمكن تجفيفها بشكل فعال، مثل الرمال.

تشمل التربة غير المناسبة الطين اللين والتربة المتحركة الضعيفة التي تسمح بحركات كبيرة مثل الرمال المفككة. كما أنه من غير الممكن تمديد الجدار إلى ما بعد قاع الحفر، وغالبًا ما يكون نزح المياه ضروريًا.

تُستخدم الأوتاد اللولبية ، والتي تُسمى أيضًا بالركائز الحلزونية والأساسات اللولبية ، كأساسات منذ منتصف القرن التاسع عشر في منارات الأوتاد اللولبية . تتكون الأوتاد اللولبية من أنابيب حديدية مجلفنة مزودة بزعانف حلزونية تُغرس في الأرض بواسطة آلات إلى العمق المطلوب. يوزع اللولب الحمل على التربة ويتم تحديد حجمه وفقًا لذلك.

تُستخدم الركائز الشفطية تحت الماء لتثبيت المنصات العائمة. تُغرس الركائز الأنبوبية في قاع البحر (أو تُسقط عادةً على عمق بضعة أمتار في قاع البحر الرخو)، ثم تقوم مضخة بسحب الماء من أعلى الأنبوب، مما يؤدي إلى سحب الركيزة إلى أسفل.

تعتمد نسب أبعاد الركيزة (القطر إلى الارتفاع) على نوع التربة. فالرمل صعب الاختراق ولكنه يتمتع بقدرة تثبيت جيدة، لذا قد يصل ارتفاع الركيزة إلى نصف قطرها. أما الطين والطمي فيسهل اختراقهما ولكنهما ضعيفا قدرة التثبيت، لذا قد يصل ارتفاع الركيزة إلى ثمانية أضعاف قطرها. ونظرًا لطبيعة الحصى المسامية، فإن الماء سيتدفق عبر التربة أثناء التركيب، مما يُسبب ظاهرة "التدفق الأنبوبي" (حيث يتدفق الماء عبر مسارات أضعف في التربة). لذلك، لا يُمكن استخدام الركائز الشفطية في قيعان البحار الحصوية.

في خطوط العرض العليا حيث تكون الأرض متجمدة باستمرار ، تُستخدم ركائز التجميد كطريقة أساسية لتأسيس الهياكل.

تستمد أكوام Adfreeze قوتها من ترابط الأرض المتجمدة المحيطة بها بسطح الكومة.

تُعدّ أساسات الركائز المتجمدة حساسة للغاية في الظروف التي تؤدي إلى ذوبان التربة الصقيعية. فإذا شُيّد المبنى بشكل غير صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى ذوبان التربة تحته، مما يتسبب في انهيار نظام الأساسات.

تُعد الأعمدة الحجرية المهتزة تقنية لتحسين التربة حيث يتم وضع أعمدة من الركام الخشن في التربة ذات التصريف الضعيف أو القدرة على التحمل لتحسين التربة.

تُستخدم ركائز الدعم المؤقتة (المعروفة أيضًا باسم ركائز المشنقة) في المنشآت البحرية لتوفير دعم مؤقت لمكونات هذه المنشآت أثناء أعمال التجديد. فعلى سبيل المثال، عند إزالة رصيف نهري، يتم تثبيت الجزء العلوي من الرصيف بركائز الدعم المؤقتة لدعمه. وهي ركائز عادية، مزودة عادةً بسلسلة أو خطاف للتثبيت.

تُبنى جدران الركائز المتقاطعة بحيث تُترك مسافة بين الركائز الأنثوية (1) بالتناوب، وذلك لإنشاء الركائز الذكرية (2) لاحقًا. يتضمن إنشاء الركائز الذكرية حفر الخرسانة في حفرة الركائز الأنثوية لتثبيت الركائز الذكرية بينها. تُركّب أقفاص التسليح الفولاذية على الركيزة الذكرية، مع العلم أنه في بعض الحالات تُسلّح الركائز الأنثوية أيضًا.

يمكن أن تكون الجدران ذات الركائز المتقاطعة إما صلبة تمامًا، أو صلبة/متوسطة الصلابة، أو صلبة/لينة، وذلك حسب متطلبات التصميم. تشير كلمة "صلبة" إلى الخرسانة الإنشائية، بينما تشير كلمتا "متوسطة الصلابة" و"لينة" عادةً إلى خليط ملاط ​​أضعف يحتوي على البنتونيت. يمكن بناء جميع أنواع الجدران كجدران ناتئة قائمة بذاتها ، أو يمكن تدعيمها إذا سمحت المساحة وتصميم الهيكل السفلي بذلك. في حال سمحت اتفاقيات الجدران المشتركة ، يمكن استخدام مثبتات أرضية كدعامات.

الجدار الطيني هو حاجز يُبنى تحت الأرض باستخدام مزيج من البنتونيت والماء لمنع تدفق المياه الجوفية. الخندق الذي كان سينهار بسبب الضغط الهيدروليكي في التربة المحيطة لا ينهار لأن الطين يُوازن الضغط الهيدروليكي.

كما يوحي الاسم، فإن أكوام الأخشاب مصنوعة من الخشب .

لطالما كان الخشب مورداً وفيراً ومتوفراً محلياً في العديد من المناطق. واليوم، لا تزال ركائز الخشب أقل تكلفة من الخرسانة أو الفولاذ. وبالمقارنة مع أنواع الركائز الأخرى (الفولاذية أو الخرسانية)، وبحسب مصدر ونوع الخشب، قد لا تكون ركائز الخشب مناسبة للأحمال الثقيلة.

من أهم الاعتبارات المتعلقة بالركائز الخشبية حمايتها من التعفن فوق مستوى المياه الجوفية ، إذ يدوم الخشب لفترة طويلة تحت هذا المستوى. ويتطلب تعفن الخشب عنصرين أساسيين: الماء والأكسجين. وتحت مستوى المياه الجوفية، يندر الأكسجين المذاب رغم وفرة الماء، ولذلك يميل الخشب إلى البقاء لفترة طويلة تحت هذا المستوى. ومن الأمثلة على ذلك مدينة البندقية ، التي اعتمدت على الركائز الخشبية منذ نشأتها، ولا تزال معظم أقدم هذه الركائز قيد الاستخدام. وفي عام 1648، شُيّد القصر الملكي في أمستردام على 13,659 ركيزة خشبية لا تزال قائمة حتى اليوم لأنها كانت تحت مستوى المياه الجوفية. ويمكن حماية الخشب المستخدم فوق مستوى المياه الجوفية من التلف والحشرات باستخدام طرق عديدة لحفظ الخشب، منها المعالجة بالضغط (مثل: مركب النحاس القلوي الرباعي (ACQ)، ومركب كرومات النحاس الزرنيخية (CCA)، والكريوزوت ، وغيرها).

لا يزال وصل الركائز الخشبية شائعًا، وهو أسهل أنواع مواد الركائز في عملية الوصل. تتمثل الطريقة المعتادة في دق الركيزة الرئيسية أولًا، ثم دق أنبوب فولاذي (يتراوح  طوله عادةً بين 60 و100 سم، وقطره الداخلي لا يقل عن الحد الأدنى لقطر قاعدة الركيزة) حتى منتصف طوله في طرف الركيزة الرئيسية. بعد ذلك، تُدخل الركيزة التابعة في الطرف الآخر من الأنبوب، ويستمر الدق. يُستخدم الأنبوب الفولاذي لضمان محاذاة الركيزتين أثناء الدق. في حال الحاجة إلى مقاومة للرفع، يمكن إضافة مسامير أو براغي تثبيت أو مسامير مدببة أو ما شابهها إلى الوصلة لتوفير المقاومة اللازمة.

يمكن استخدام الحديد الزهر في أعمال التدعيم. وقد يكون هذا النوع من الحديد قابلاً للطرق .

تعتبر ركائز الأنابيب نوعًا من أنواع الأساسات الركائزية المدفوعة بالفولاذ، وهي مرشح جيد للركائز المائلة ( المائلة ).

يمكن دقّ الأوتاد الأنبوبية إما من طرف مفتوح أو مغلق. عند دقّها من طرف مفتوح، يُسمح بدخول التربة إلى قاع الأنبوب. إذا لزم الأمر أنبوب فارغ، يمكن استخدام تيار مائي أو مثقاب لإزالة التربة من الداخل بعد الدق. أما الأوتاد الأنبوبية ذات الطرف المغلق فتُصنع بتغطية قاعها بصفيحة فولاذية أو قاعدة فولاذية مصبوبة.

في بعض الحالات، تُملأ ركائز الأنابيب بالخرسانة لزيادة قدرتها على تحمل العزوم أو مقاومتها للتآكل. في المملكة المتحدة، لا يُلجأ إلى هذه الطريقة عادةً لخفض التكاليف. في هذه الحالات، تُوفَّر الحماية من التآكل إما باستخدام طبقة فولاذية إضافية أو باستخدام فولاذ عالي الجودة. إذا تآكلت ركيزة أنبوبية مملوءة بالخرسانة، فإن معظم قدرتها على تحمل الأحمال ستبقى سليمة بفضل الخرسانة، بينما ستُفقد هذه القدرة في الركيزة الأنبوبية الفارغة. تُحسب القدرة الإنشائية لركائز الأنابيب بشكل أساسي بناءً على قوة الفولاذ وقوة الخرسانة (في حال ملئها). ويُؤخذ في الاعتبار التآكل وفقًا لظروف الموقع وقوانين البناء المحلية. يمكن أن تكون ركائز الأنابيب الفولاذية إما فولاذًا جديدًا مُصنَّعًا خصيصًا لصناعة الركائز أو أنابيب فولاذية مُعاد تدويرها كانت تُستخدم سابقًا لأغراض أخرى مثل استكشاف النفط والغاز.

الركائز على شكل حرف H هي عوارض إنشائية تُغرس في الأرض لتطبيقات الأساسات العميقة. يمكن قطعها أو وصلها بسهولة عن طريق اللحام أو باستخدام وصلات ميكانيكية. إذا دُرست الركيزة في تربة ذات درجة حموضة منخفضة ، فهناك خطر التآكل، ويمكن استخدام طلاء الإيبوكسي بقطران الفحم أو الحماية الكاثودية لإبطاء عملية التآكل أو منعها. من الشائع مراعاة قدر من التآكل في التصميم ببساطة عن طريق زيادة مساحة المقطع العرضي للركيزة الفولاذية. بهذه الطريقة، يمكن إطالة أمد عملية التآكل حتى 50 عامًا.

تُصنع الركائز الخرسانية عادةً باستخدام حديد التسليح وأوتار الشد المسبق للحصول على قوة الشد المطلوبة، لتحمل عمليات المناولة والدق وتوفير مقاومة كافية للانحناء.

قد يصعب التعامل مع الركائز الطويلة ونقلها. يمكن استخدام وصلات الركائز لربط ركيزتين قصيرتين أو أكثر لتشكيل ركيزة طويلة واحدة. يمكن استخدام وصلات الركائز مع كل من الركائز الخرسانية مسبقة الصب والركائز الخرسانية مسبقة الإجهاد.

الركيزة المركبة هي ركيزة مصنوعة من عناصر فولاذية وخرسانية مثبتة معًا من طرف إلى طرف لتشكيل ركيزة واحدة. وهي عبارة عن مزيج من مواد مختلفة أو مواد ذات أشكال مختلفة مثل الأنابيب والعوارض الفولاذية أو الفولاذ والخرسانة.

الآلات الإنشائية المستخدمة لدق الركائز في الأرض: ^{[ 16 ]}

• آلة دق الركائز هي أداة لوضع الركائز في موضعها المصمم.
• مطرقة دق الأوتاد التي تعمل بالديزل هي أداة لدق الأوتاد في الأرض.
• المطرقة الهيدروليكية هي معدات عمل قابلة للإزالة للحفارات الهيدروليكية، والآلات الهيدروليكية (كسارات الصخور الثابتة، واللوادر، والمناولات، ومطارق دق الركائز) المستخدمة لمعالجة المواد الصلبة (الصخور، والتربة، والمعادن) أو عناصر دق الركائز عن طريق تأثير الأجزاء المتساقطة التي ينشرها سائل عالي الضغط.
• آلة دق الركائز الاهتزازية هي آلة لدق الركائز في التربة الرملية والطينية.
• آلة دق الركائز بالضغط هي آلة لغرس الركائز في الأرض عن طريق نقل القوة الساكنة. ^{[ 17 ]}
• آلة حفر متعددة الاستخدامات.

الآلات الإنشائية المستخدمة في بناء الركائز البديلة: ^{[ 16 ]}

• مثقاب حلزوني مقطعي أو مثقاب حلزوني مستمر
• الحفر بالدوران العكسي
• حفر متحد المركز باستخدام لقمة حلقية